JP2000012251A

JP2000012251A - 放電灯装置

Info

Publication number: JP2000012251A
Application number: JP18111198A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osawa; 孝大沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の車載用ヘッドライトの配光を切り換え
るには、発光位置を変える特殊電球を用いるとか、反射
鏡の角度を変える等の面倒な構成を必要としていた。【解決手段】放電灯４の一対の電極４ｂ，４ｃ間に、
直交方向に磁界を印加する磁界印加手段としてのコイル
１４を設け、上記コイル１４が発生する磁界によって上
記放電灯４のアーク位置を変更するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車載用ヘ
ッドライトに用いられるアーク位置変更可能な放電灯装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車載用ヘッドライトとしてはハロ
ゲン化ガスを白熱電球に封入したいわゆるハロゲンラン
プを使用するのが一般的である。このハロゲンランプは
白熱電球などに比べて効率良く大きな光束を発すること
ができるという利点を有する。

【０００３】また、さらに近年では、高電圧ナトリウム
ランプ、メタルハライドランプ等の放電灯を車載用へッ
ドライトとして使用する試みがなされている。この放電
灯は、これまで街灯として汎用されているランプであ
り、低電力で駆動でき、発光量が多いことから車載用ヘ
ッドライトとしても適している。この放電灯は、発光管
内に、一対の電極とイオン化可能な封入物が収容されて
構成され、一対の電極間に高電圧を印加することで封入
ガスによる絶縁状態を破壊し、電極間のイオンの流れを
開始させるとともにアーク放電を生じせしめ、これによ
り光を出力させるものである。

【０００４】ここで、絶縁状態を破壊した後、発光を継
続させるために供給する電力としては直流電力と交流電
力が考えられるが、直流電圧に基づく電力供給では放電
ランプの一方の電極のみが活性化され、そこから放出さ
れるイオンの量が比較的短い期間に減少してしまう。こ
のため、最近では交流電力の使用が推奨されるようにな
っている。

【０００５】図７は、絶縁破壊後に交流電流によって発
光を継続させるようにした従来の放電灯装置を示すブロ
ック図である。図において、１は車両に搭載されたバッ
テリなどの直流電源、２はこの直流電源１の電源電圧を
昇圧して高電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ、３は
上記高電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ
（Ｈブリッジ）、４は当該電圧が印加される放電灯、５
はＤＣ／ＡＣインバータ３と放電灯４との間に配設され
て当該放電灯４への電圧投入開始時に上記高電圧をさら
に昇圧して超高電圧を発生するイグナイタ回路である。

【０００６】次に動作について説明する。直流電源１か
らの電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２に供給されると、こ
のＤＣ／ＤＣコンバータ２は当該電源電圧を昇圧して高
電圧を出力し、ＤＣ／ＡＣインバータ３からは高電圧が
出力される。そして、イグナイタ回路５は、当該高電圧
を更に昇圧して放電灯４に印加する。これにより、放電
灯４の電極間では絶縁破壊が生じてアーク放電に伴う光
が出力される。そして、一旦、絶縁破壊が生じると上記
イグナイタ回路５は動作を停止し、以後、ＤＣ／ＡＣイ
ンバータ３から放電灯４に交流電力が供給され、この電
圧の下で放電灯４は発光し続ける。

【０００７】ところで、車載用ヘッドライトでは、例え
ば通常走行時と対向車のない走行時で配光が切り換えら
れるように、配光切り換えのための構成を持たせるのが
一般的である。これまでに車載用ヘッドライトとして用
いられているフィラメント電球では配光の異なる２本の
フィラメントを交互に使用したり、またハロゲンランプ
も同様であるがランプ光を反射する反射鏡の角度を変え
ることで配光が切り換えられるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電灯装置は以
上のように構成されており、配光切り換えのために、２
本のフィラメントを備えた特殊な電球を用いるとか、反
射鏡の角度を変えるための面倒な構成を必要とするとい
う課題があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、放電灯のアーク位置を変更するこ
とで配光の切り換えもしくは、調節を行う車載用ヘッド
ライトとして好適な放電灯装置を得ることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の放電灯装置
は、発光管内に相対向する一対の電極と封入物が収容さ
れてなる放電灯と、上記一対の電極間の絶縁状態を破壊
するための高電圧を生成する高電圧生成手段と、絶縁状
態が破壊された後に上記一対の電極間に印加するための
交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、上記一対の電
極間に、磁界を印加して上記放電灯のアーク位置を変更
する磁界印加手段とを備えたものである。

【００１１】この発明の放電灯装置は、磁界印加手段
が、放電灯に印加する交流電圧に同期して発生する磁界
の向きを交互に変化させるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
放電灯装置を示すブロック図である。図において、１は
車輌に搭載されたバッテリなどの直流電源、２はこの直
流電源１の電源電圧を昇圧して高電圧を出力するＤＣ／
ＤＣコンバータ（高電圧生成手段）、３は上記高電圧を
交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ（交流電圧生
成手段）、４は当該電圧が印加される放電灯、５はＤＣ
／ＡＣインバータ３と放電灯４との間の配設されて当該
放電灯４の電圧投入開始時には上記高電圧を更に昇圧し
て超高電圧を発生するイグナイタ回路（高電圧生成手
段）、６〜９はそれ全体でＨブリッジを構成し、上記Ｄ
Ｃ／ＡＣインバータとして機能する第１のトランジスタ
〜第４のトランジスタである。１０は所定の周期および
ＤＵＴＹを有するパルス信号を出力する発振器、１１は
前記発振器１０から供給されるパルス信号を反転させ、
反転信号を出力するインバータ、１２は前記インバータ
１１からの反転信号を増幅する第１の可変アンプ、１３
は前記発振器１０からのパルス信号を増幅する第２の可
変アンプ、１４は前記第１の可変アンプ１２から供給さ
れる反転信号及び第２の可変アンプ１３から供給される
パルス信号によって磁界を発生し、この磁界を放電灯４
に印加するコイル（磁界印加手段）である。

【００１３】上記放電灯４は、発光管４ａ内に、相対向
する第１の電極（電極）４ｂ及び第２の電極（電極）４
ｃと、イオン化可能な封入物が収容されて構成される。

【００１４】ここで、上記発光管４ａには石英ガラス等
が使用され、また第１の電極４ｂ及び第２の電極４ｃに
はタングステン電極等が用いられる。また、上記発光管
４ａ内に封入される封入物には、ナトリウム、キセノ
ン、水銀、ハロゲン化銀等が挙げられる。なお、上記発
光管４ａの内側には、紫外線カットのためのフィルタが
設けられていても良い。

【００１５】次に動作について説明する。直流電源１か
らＤＣ／ＤＣコンバータ２に電圧が印加されると、この
ＤＣ／ＤＣコンバータ２によって１２〜２４Ｖの電源電
圧が４００Ｖ程度まで昇圧されてＤＣ／ＡＣインバータ
３に印加される。この電圧印加状態において、ＤＣ／Ａ
Ｃインバータ３が発振器１０から出力されたパルス信号
が「Ｈ」のとき、そのパルス信号を受けて第１のトラン
ジスタ６及び第４のトランジスタ９がオンし、第２の電
極４ｃがプラスとなる極性の電圧を第１の電極４ｂと第
２の電極４ｃ間に印加する。また、発振器１０の出力が
「Ｌ」のとき、インバータ１１を経由した反転信号を受
けて第２のトランジスタ７及び第３のトランジスタ８が
オンし、第１の電極４ｂがプラスとなる極性の電圧を第
１の電極４ｂと第２の電極４ｃ間に印加する。

【００１６】そして、上記４００Ｖの高電圧に基づいて
イグナイタ回路５が動作し、当該電圧を２０ｋＶまで昇
圧する。そして、この超高圧は放電灯４の一対の電極４
ｂ，４ｃに印加され、これによって発光管４ａ内に封入
されたガスによる絶縁状態が破壊される。

【００１７】図２はガスによる絶縁状態が破壊された後
の発光管内でのイオン及び電子の状態を示す図である。
このように絶縁状態が破壊されると、第１の電極４ｂと
第２の電極４ｃ間でイオン（ここではＮａ⁺ ，Ｈｇ⁺ ）
及び電子ｅ^- の移動が開始され、アーク放電が発生す
る。このとき、この絶縁破壊によって放電灯４は所定の
電流が流れる負荷抵抗となり、イグナイタ回路５は動作
を終了する。

【００１８】放電灯４に絶縁破壊が生じた後は、ＤＣ／
ＡＣインバータ３の第１のトランジスタ６及び第４のト
ランジスタ９がオン状態のときには、これらトランジス
タ６，９間で電流ｉ₁ が流れ、その際に第１の電極４ｂ
から第２の電極４ｃに向かって電子ｅ₁ が放出される。
また、反転信号が入力される第２のトランジスタ７及び
第３のトランジスタ８は、第１のトランジスタ６と第４
のトランジスタ９とは逆のタイミングでオン／オフが切
り換えられ、オン状態のときには、各トランジスタ７，
８間で電流ｉ₂ が流れる。そして、その際に第２の電極
４ｃから第１の電極４ｂに向かって電子ｅ₂ が放出され
る。このように逆向きの放電を交互に生じさせることに
よって放電灯が発光し続けることになる。

【００１９】なお、図３は上記一連の点灯制御において
放電灯に供給される電圧波形を示す波形図である。図に
おいて、点灯準備期間はＤＣ／ＤＣコンバータ２によっ
て電源電圧が４００Ｖ程度まで昇圧される期間であり、
この期間の最後で電圧が急激に上昇しているのは、イグ
ナイタ回路５の動作によって電圧が２０ｋＶまで昇圧さ
れたことを示している。また、点灯準備期間後の第１の
ＤＣ点灯期間で、電圧が急激に下降しているのは放電灯
４の絶縁状態が破壊されることによる。そして、ＡＣ点
灯期間の矩形状の電圧変化は第１のトランジスタ６〜第
４のトランジスタ９によって構成されるＨブリッジから
供給される交流電圧に基づくものであり、この矩形状の
電圧変化は時間の経過によって安定化し、一定時間経過
後、６８〜１０２Ｖの定格電圧が放電灯に供給されるよ
うになる。

【００２０】上記放電灯４の放電時、発振器１０から出
力されるパルス信号とインバータ１１を経由した反転信
号が供給されるコイル１４には、コイル１４の一方から
供給されるパルス信号による電流によって電磁誘導現象
が起こり、放電灯４の一対の電極４ｂ，４ｃ間に直交方
向の磁束Ｂ₁ が印加される。また、このコイル１４に
は、他方から供給される反転信号による電流によって、
上記電磁誘導現象とは逆のタイミングで電磁誘導現象が
起こり、放電灯４の一対の電極４ｂ，４ｃ間に磁束Ｂ₁
とは逆向きの磁束Ｂ₂ が印加される。アークＡが発生し
ている第１の電極４ｂと第２の電極４ｃ間に磁束が印加
されると、各電極４ｂ、４ｃから放出される電子はフレ
ミングの左手の法則にしたがって力を受け、アークＡが
その力方向に移動する。

【００２１】ここで、図４に、発振器１０から出力され
るパルス信号、放電灯４に供給される電流の方向、放電
灯４内での電子の移動方向、コイル１４に発生する磁束
の方向及びアークに加わる力の方向の関係を示す。

【００２２】このように発振器１０から出力されるパル
ス信号がＨレベルのときには、放電灯４には電流ｉ₁ が
供給され、放電灯４内では第１の電極４ｂから第２の電
極４ｃに向かって電子ｅ₁ が放出される。一方、コイル
１４からは磁束Ｂ₁ が発生し、この磁束によってアーク
が力Ｆ₁ を受けて移動する。また、発振器１０から出力
されるパルス信号がＬレベルのときには、放電灯４には
電流ｉ₁ とは逆向きの電流ｉ₂ が供給され、放電灯４内
では第２の電極４ｃから第１の電極４ｂに向かって電子
ｅ₂ が放出される。一方、コイル１４からは磁束Ｂ₁ と
は逆向きの磁束Ｂ₂ が発生し、この磁束Ｂ₂ によってア
ークが力Ｆ₂ を受ける。このとき、電子ｅ₁ と電子ｅ₂
は互いに逆向きであり、磁束Ｆ₁ と磁束Ｆ₂ も互いに逆
向きであるので、アークが受ける力Ｆ₁ とＦ₂ は同じ方
向となる。

【００２３】つまり、上記放電灯４で放電を生じさせる
パルス信号及び反転信号と、上記コイル１４に磁束を生
じさせるパルス信号及び反転信号は同じ発振器１０から
供給されているので、放電灯４での点灯周期に同期して
互いに逆向きの磁界Ｂ₁ ，Ｂ₂ が交互に与えられ、この
磁界によってアークＡが一定方向に移動する。

【００２４】したがって、コイル１４が発生する磁界の
大きさを、例えばコイル１４に電流を供給する第１の可
変アンプ１２及び第２の可変アンプ１３から出力される
電流によって制御することで、アークＡを一定方向に所
望の大きさだけ移動することができる。

【００２５】図５は、車載用ヘッドライトに、この放電
灯装置を使用した場合を示す模式図であり、図におい
て、１５は放電灯４から発生した光を車体の前方に反射
するための反射鏡であり、放電灯４の一対の電極４ｂ，
４ｃが当該反射鏡１５の半径方向となるように配設され
ている。

【００２６】このように反射鏡１５の前方に放電灯４を
置き、コイル１４からの磁界の大きさを２段階で変化さ
せると、位置の異なるアークＡ₁ またはアークＡ₂ が発
生し、反射鏡１５によって反射される。このとき、アー
クＡ₁ の反射光Ｌ₁ とアークＡ₂ の反射光Ｌ₂ とは焦点
位置が異なり、異なる配光となる。したがって、これを
利用すれば通常走行時と対向車がいない走行時で配光を
切り換えることが可能である。また、コイルから発生す
る磁界の大きさは微調整が可能であるので、車体の傾斜
によって配光がずれた場合にも容易に補正することがで
きる。

【００２７】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、放電灯のアーク位置を変更することにより、車載用
ヘッドライトの配光が自由に変更でき、配光切り換えの
ための特殊な電球を使用したり、反射鏡の角度を変更す
るための面倒な構成が不要になるという効果がある。

【００２８】なお、この放電灯装置は、このような構成
にさらに変更を加えても構わない。例えば、図１に示す
ブロック図では放電灯の一方の側にコイルを１つ配設す
るようにしているが、放電灯の両側にコイルを配設する
ようにしても構わない。図６は、放電灯の両側にコイル
を配設した構成を示す要部斜視図である。図において１
６，１７はコア、１８はコイル、１９は放電灯点灯装
置、２０は磁界印加装置である。

【００２９】この場合には、放電灯の両側にそれぞれコ
ア１６，１７が配設されており、両コアに巻回されるコ
イル１８は繋がっている。したがって、これらコイル１
８は、同一の発振器１０、インバータ１１、第１の可変
アンプ１２及び第２の可変アンプ１３によって磁界を制
御することができる。この他、３つ以上のコイルを用い
てアーク位置を制御することも可能である。

【００３０】また、ここでは放電灯の電極間方向に対し
て直交方向にコイルを設け、主として直交方向に磁界が
発生するようにしているが、斜め方向にコイルを設け、
斜め方向の磁界が発生するようにしてもよい。さらに、
アーク位置の制御を行うに当たっては、より適切な位置
にアークが生じるように、放電灯に供給される電力量な
どで決定されるアークの状態に応じて、コイルに発生す
る磁界の強さを変化させると良い。このとき、アークが
放電灯の内壁面に接触しないような大きさとすることが
必要である。

【００３１】また、上述のごとく、この放電灯装置では
アーク位置を変更することでビームの投光方向を切り替
えることができるが、このような投光方向の切り替えは
様々な部分で用いることができる。例えば、積荷時また
は走行時等での車両の傾きに応じてヘッドランプの投光
方向を変化させ、投光方向を路面に対して水平に保つオ
ートレベライザにおいて、投光方向を変化させるための
手段として用いてもよく、また、右左折時やカーブ走行
時にハンドル角に応じてヘッドライトの投光方向を変え
る（例えば、右方向に曲がっている際には、ヘッドライ
トの投光方向を右方向に変化させる）ことにより、右左
折した先、またはカーブの先の道路を多く照らせるよう
にしたハンドル連動ランプにおいて、ランプ投光方向を
変化させる手段として用いてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば発光管
内に相対向する一対の電極と封入物が収容されてなる放
電灯と、上記一対の電極間の絶縁状態を破壊するための
高電圧を生成する高電圧生成手段と、絶縁状態が破壊さ
れた後に上記一対の電極間に印加するための交流電圧を
生成する交流電圧生成手段とを備え、磁界印加手段で、
上記一対の電極間に、直交方向に磁界を印加して上記放
電灯のアーク位置を変更するように構成したので、その
アーク位置の変更によって放電灯の配光方向を自由に変
化させることができるという効果が得られる。

【００３３】この発明によれば、放電灯に印加する交流
電圧に同期して発生する磁界の向きを交互に変化させる
ように構成したので、放電灯で発生するアークを一定方
向に所望の大きさだけ移動させることができ、これによ
って放電灯の配光方向を自由に切り換えられるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による放電灯装置を
示すブロック図である。

【図２】放電灯において、絶縁破壊が生じた後のイオ
ン及び電子の移動の様子を示す模式図である。

【図３】この発明の実施の形態１による一連の点灯制
御において放電灯に印加される電圧波形を示す波形図で
ある。

【図４】この発明の実施の形態１による放電灯装置に
おいて、発振器から出力されるパルス信号の出力、放電
灯に供給される電流の方向、放電灯内での電子の移動方
向、コイルに発生する磁束の方向及びアークに加わる力
の関係を示す模式図である。

【図５】この発明の実施の形態１による放電灯装置
を、車載用ヘッドライトに使用した場合を示す要部斜視
図である。

【図６】この発明の実施の形態１による放電灯装置に
おいて、放電灯の両側にコイルを配した場合を示す要部
斜視図である。

【図７】従来の放電灯点灯装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２ＤＣ／ＤＣコンバータ（高電圧生成手段）、３Ｄ
Ｃ／ＡＣインバータ（交流電圧生成手段）、４放電
灯、４ａ発光管、４ｂ第１の電極（電極）、４ｃ
第２の電極（電極）、５イグナイタ回路（高電圧生成
手段）、１４コイル（磁界印加手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管内に相対向する一対の電極と封入
物が収容されてなる放電灯と、上記一対の電極間の絶縁状態を破壊するための高電圧を
生成する高電圧生成手段と、絶縁状態が破壊された後に上記一対の電極間に印加する
ための交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、上記一対の電極間に、磁界を印加して上記放電灯のアー
ク位置を変更する磁界印加手段とを備えた放電灯装置。
【請求項２】磁界印加手段は、放電灯に印加する交流
電圧に同期して発生する磁界の向きを交互に変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の放電灯装置。